Что произойдет, если вода не замерзнет из-за давления;куда уходит энергия? - физиков.нет
Купить гитару в Москве
0 голосов
/

Скажем, у вас есть железный (или прочный прочный материал) шарик, наполненный водой, и вы оставляете его в замороженном месте (скажем, $-100\ \mathrm{^\circ C}$);как только станет достаточно холодно, вода захочет замерзнуть, и если мяч достаточно слабый, шар расколется, когда это произойдет. Но если мяч достаточно сильный, насколько я знаю, вода не сможет замерзнуть (предположим, что мяч идеально заполнен водой).

Если вода не может замерзнуть,тогда что происходит с энергией в воде? Вода остается относительно теплой до бесконечности?

1 Ответ

2 голосов
/

Как вы указали, если расширение воды предотвращается, то вода не может проходить через фазовый переход.

Само по себе это не проблема;есть феномен переохлажденной воды . Состояние переохлажденной воды состоит в том, что температура воды ниже ее точки замерзания, но она не кристаллизовалась. В какой-то степени кристаллизации нужен триггер. При нормальных обстоятельствах в воде всегда есть что-то, что будет действовать как ядро, и, как только начнется кристаллизация, это будет стремительный процесс.

В этом случае мы, конечно, считаем, что условия для зародышеобразования существуют и чтоэто ограничение препятствует расширению, предотвращая кристаллизацию всей воды.

Для сравнения, представьте, что вода находится в шарике из материала, который обладает хорошей эластичностью;материал легко деформируется.
По мере расширения воды / льда материал растягивается, и, как и любой другой упругий материал, упругая деформация действует как хранилище потенциальной энергии. То есть, когда лед тает , упругий материал снова сжимается, и это сжатие высвобождает накопленную упругую энергию.

Очень знакомый пример накопления энергии в упругом материале - это способ работы рогатки.

Если упругий материал очень жесткий, то в небольшом тираже хранится лот энергии. В общем, количество накопленной энергии пропорционально силе, умноженной на смещение.

Это подводит нас к материалу, о котором вы спрашиваете: материалу, достаточно прочному, чтобы противостоять давлению воды внутри с очень небольшимдеформация.

Высокопрочная стальная скважина растягивается лишь на небольшое количество. Но сила , необходимая для растяжения стали, это крошечное количество огромно . Вот как высокопрочная стальная сфера будет хранить значительное количество упругой энергии.

Ну что, если вы используете материал с еще более высокой прочностью на растяжение? Этот материал будет растягиваться еще меньше, но количество накопленной энергии будет сопоставимо, потому что сила упругости будет намного сильнее.

Добро пожаловать на сайт физиков.нет, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...